JP3830500B2

JP3830500B2 - インクジェットプリンタ

Info

Publication number: JP3830500B2
Application number: JP2004339267A
Authority: JP
Inventors: 征一岩田
Original assignee: Ricoh Elemex Corp
Current assignee: Ricoh Elemex Corp
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2016-05-17
Also published as: JP2005067213A

Description

本発明は、インクジェットプリンタに関し、より詳細には、インクジェットプリンタのノズルから噴射されるインク滴が付着される記録紙の湿度を効果的に検出可能とし、もって、吸湿性の異なる記録紙を用いても、環境湿度が変化して記録紙の湿度が変化しても高画像品質を保ちながら高速記録を可能とすることのできるインクジェットプリンタに関する。

周知のように、インクジェットプリンタは、記録情報に基づいて記録紙上にインク滴を噴射して記録する液体噴射記録装置であり、インク滴を噴射させる圧力発生手段として圧電素子等の電気機械変換手段、あるいは、発熱抵抗体を用いた電気熱変換手段がある。
圧電素子をエネルギー変換手段としたインクジェットプリンタは、記録情報に基づいて駆動された圧電素子の圧電ひずみによりインク液室に体積変化を与えて、インク液室の一部に設けられたノズルよりインク滴を噴射し記録紙上に付着させる原理に基づいている。
また、発熱抵抗体をエネルギー変換手段としたバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリンタは、ノズルの開口近傍に発熱抵抗体を設け、該発熱抵抗体に記録情報に基づいた電圧パルスを印加し、ノズル内のインクを局部的に加熱して気化させ、ノズル開口近傍のインクを気化圧によりインク滴として噴射し記録紙上に付着させる原理に基づいているものである。

このようなインクジェットプリンタは、各種規格サイズの記録紙を任意に選択可能な記録紙の搬送手段を有し、選択された記録紙にノズルから噴射されたインクにより、情報が記録されて前記搬送手段を介して排出され、排出された記録紙は順次、コピー受けに積み重ねられる。ノズルから噴射されるインク滴の液滴量は、環境の温度，湿度及び駆動電圧パルス波形が一定であれば、ノズルの形状寸法により定まり、一定した画素から構成された記録画像が得られる。

インクジェットプリンタには、記録作業の高効率化と高画像品質化が求められ、高速記録と高品質画像化へ向けての技術開発が進められている。更に、経済的面においても使用される記録紙の多様化が求められている。しかし、高速記録された記録紙は、記録後、例えば、コピー受け上に積み重ねられるので、高湿度環境において記録紙上のインクが乾燥していない場合、インクは重ね合わされた相手側記録紙の裏面に転写され画像品質を低下させる。この事象は、記録紙自体の吸湿性の相違や記録紙自体の湿度が環境湿度の変化等により変化した場合に多発し、高画質で高速記録を可能とする要求を充たすことはできない。また、記録紙の吸湿度が異なる場合は、一定のインク滴粒径のもので記録しても吸湿度により画素径が異なり、画質を低下させる。

本発明は、上述した実情に鑑みなされたもので、吸湿性の異なる記録紙を用いて、環境湿度が変化して記録紙の湿度が変化しても、高画像品質を保ちながら高速記録が可能なインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

ノズルよりインク滴を噴射し、記録紙に画像を記録するインクジェットプリンタにおいて、前記ノズルを有するインクジェットヘッドと、前記記録紙の湿度を計測する湿度検出手段とを備え、前記湿度検出手段が、前記インクジェットヘッドの前記ノズル側の面と前記記録紙との間に、前記記録紙と非接触に配置され、該湿度検出手段の湿度信号に応じて前記ノズルより噴射されるインク滴の量を可変にすることを特徴としたものである。

ノズルよりインク滴を噴射し、記録紙に画像を記録するインクジェットプリンタにおいて、インクジェットヘッドの前記ノズル側の面と前記記録紙との間に、湿度検出手段を前記記録紙と非接触に配置したので、環境湿度が変化して記録紙の湿度が変化するような場合でも、高速印写で高品質画像が得られるインクジェットプリンタを提供することができる。

本発明は、ノズルよりインク滴を噴射し、記録紙に画像を記録するインクジェットプリンタにおいて、前記ノズルを有するインクジェットヘッドと、前記記録紙の湿度を計測する湿度検出手段とを備え、前記湿度検出手段が、前記インクジェットヘッドの前記ノズル側の面と前記記録紙との間に、前記記録紙と非接触に配置され、該湿度検出手段の湿度信号に応じて前記ノズルより噴射されるインク滴の量を可変にすることを特徴としたものであり、以下、インク滴を噴射させる圧力発生手段として圧電素子を利用したインクジェットプリンタの例について説明する。

図１は、本発明によるインクジェットプリンタの実施形態例を説明するための図で、図１（Ａ）は、インクジェットプリンタの構成を示すブロック図、図１（Ｂ）は、湿度に対するインク滴粒径の関係を示す図、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の関係をもった粒径のインク滴を噴射するために圧電素子に印加される電圧パルスのパルス波形例を示す図であり、図中、１はインクジェットヘッド、２はインク液室、３はノズル、４は共通液室、５は液体通路、６は圧電素子、７は基板、８は記録紙、９はインク滴、１０は湿度センサ、１１はプリンタコントローラ、１２は湿度−インク滴粒径曲線、１３は電圧パルスである。なお、以後に示す図１以下の図面において、図１の場合と同様の作用をする部分には、図１と同じ参照番号を付してある。

図１（Ａ）に示したインクジェットヘッド１は、圧力発生手段として圧電素子６を用いたもので、圧電素子６は、例えばｄ３３モードで駆動される積層構造で、一端が基板７に固着され、他端がインク液室２の一面を構成する振動板２ａと接合されている。インク液室２の振動板２ａと対向した面側にノズル３を有し、インク液室２には共通液室４が液体通路５を介して連通し、常にインク液室２内にインクを充たしている。ノズル３と対向して記録紙８が配置され、記録時は搬送手段（図示せず）により矢印Ｓ方向に移動される。

更に、インクジェットヘッド１のノズル３の開口側の面１ａと記録紙８との間には、記録紙８に対して非接触に湿度センサ１０が配置されている。湿度センサ１０は、導線１１ａでプリンタコントローラ１１に接続され、プリンタコントローラ１１と圧電素子６との間は、導線１１ｂで接続されている。湿度センサ１０は、ノズル３側の記録紙８の近傍に該記録紙８に対して非接触に設置されて記録紙８の湿度(吸湿度)を計測している。湿度センサ１０からの湿度信号はプリンタコントローラ１１に入力し、プリンタコントローラ１１は湿度信号に応じたパルス幅をもった一定波高値の電圧パルス１３を圧電素子６に印加する。電圧パルス１３は圧電素子６を矢印＋Ｆ方向に変位して、これを振動板２ａに伝達し、インク液室２内を加圧し、ノズル３からインク滴９を噴射飛翔させ、記録紙８上に画素となる付着インク滴９ａを形成する。

プリンタコントローラ１１から出力される電圧パルス１３のパルス幅は、湿度信号に基づいて、予め定められた関係に従って出力されるもので、例えば、図１（Ｂ）に示した湿度−インク滴粒径曲線１２に示すように、湿度が低いときは大きい粒径のインク滴９を噴射し、湿度が高くなるに従って、インク滴９の粒径を小さくしている。このような関係のインク滴９を噴射するために、圧電素子６に印加される電圧パルス１３は、図１（Ｃ）に示すように、パルス周期τにおいて、インク滴粒径を小さくする場合は、短かいパルス幅の電圧パルス１３ａを印加し、粒径を大きくする場合は、長いパルス幅の電圧パルス１３ｃを加える。なお、圧電素子６の変位量は、電圧に比例するので、電圧パルス１３の波高値を目的とするインク滴粒径と関係を持たせてもよい。

上述のように、図１（Ｂ）に示した湿度−インク滴粒径曲線１２を予め定めておくことにより、記録紙８の湿度が変化しても、付着インク滴９ａは均一に拡がり、或いは略等時間に乾燥するようになり、高速印写の場合でも高画質を保持することができる。また、湿度−インク滴粒径曲線１２の関係をバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリンタにも同様に適用できる。

図２は、湿度センサ１０を、インクジェットヘッド１のノズル３側の面１ａ側に、該インクジェットヘッド１と一体に設置したものであり、このようにすると小型なインクジェットプリンタとすることが可能となる。インクジェットヘッド１と記録紙８との間の間隔は、実際は微小であるため、湿度センサ１０は、実質的に記録紙８の湿度を計測することとなり、小型で前記と同様の効果が得られる。

図３は、湿度センサを熱伝導原理を利用したマイクロブリッジ構造としたもので、小型，高応答性で高精度に湿度を計測できる。

図３（Ａ）は、平面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す湿度センサの駆動検出回路図であり、図中、２１は基板、２２は薄膜絶縁体、２３は空洞、２４は発熱体パターン、２５は引き出し配線パターン、２６は接続部、２７はヒータ電源、２８は検出回路である。

図３（Ａ）に示す湿度センサ１０は、本出願人が先に提案したものであり、角形形状のＳｉ（１００）基板２１の上面に薄膜絶縁体２２を形成後、白金等の辺の長さが１００μｍオーダの発熱体パターン２４を形成後、発熱体パターン２４を形成する架橋部２２ａを残してその下部に空洞２３を異方性エッチングにより形成したマイクロブリッジ構造のもので、発熱体パターン２４の最外周の辺と、引き出し配線パターン２５とを架橋部２２ａ上の点２６で交わるようにして発熱体パターン２４の両端部の温度低下影響を防いでいる。

湿度センサ１０は、パッド部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄからの引出線Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄによりヒータ電源２７および検出回路２８と接続され、配線パターン２５の均熱温度部であるＡ，Ｂ間での発熱体パターン２４の電圧信号を検出する。
ヒータ電源２７および検出回路２８は、プリンタコントローラ１１に内蔵されており、プリンタコントローラ１１では、絶対湿度に影響されない環境温度を検出する低電圧パルスと、絶対湿度に影響される高電圧パルスで駆動し、高電圧パルスで駆動したときの検出電圧から低電圧パルスで駆動したときの検出電圧を減算して当該温度での絶対湿度を求め、低電圧パルス印加で求めた環境温度と絶対湿度の関係から湿度を演算して求める。

上述のように、図３に示した構造の湿度センサ１０を用いることにより、小型で高精度な応答の優れた湿度が求められるので、高速記録の場合でも記録紙８の湿度を検出できる。

図４は、インク滴噴射と同期して記録紙のインク滴が付着部分を局部的に加熱して急速乾燥し、記録紙の紙質が異なる場合で、もし湿度算出によりインク滴量を補正できない場合でも、完全にインクを乾燥し、高画像品質を保つようにしたものである。

図４において、１４は赤外線ランプ、１５はリフレクタ、１６はレンズで、赤外線ランプ１４は、導線１１ｃによりプリンタコントローラ１１と接続され、インクジェットヘッド１、又は、その近傍に記録紙８と対向した位置に設けられる。赤外線ランプ１４には、付着インク滴９ａ、又は記録紙８の移動方向Ｓに対し、付着インク滴９ａの近傍に熱線の焦点を結ぶ光学系としてリフレクタ１５，集光レンズ１６を設けてある。

赤外線ランプ１４から発する熱線は、プリンタコントローラ１１により、圧電素子６の駆動と同期して駆動される。すなわち、インク滴９の噴射に同期して駆動され、付着インク滴９ａ又はその近傍を加熱する。この結果、記録紙８上のインクは急速に乾燥される。なお、熱線を発する手段として、赤外線ランプ１４を用いたが、レーザ，その他の加熱手段でもよい。また、必ずしもインク滴噴射に同期せず、一定電力で付着インク滴９ａに焦点を結ぶようにしてもよい。

図４に示したインクジェットプリンタによれば、紙質が異なり、インク吸着性の悪い記録紙でも、あるいは湿度検出によりインク滴量を制御できない場合でも、効果的にインクを乾燥させることができ、高速印写の場合でも、高品質の画像を形成できる。

本発明によるインクジェットプリンタの一実施形態例を説明するための図である。本発明によるインクジェットプリンタの他の実施形態例を説明するための図である。本発明に使用される湿度センサの一例を説明するための図である。本発明が適用されたインクジェットプリンタの一実施形態を説明するための図である。

符号の説明

１…インクジェットヘッド、２…インク液室、３…ノズル、４…共通液室、５…液体通路、６…圧電素子、７…基板、８…記録紙、９…飛翔インク滴、１０…湿度センサ、１１…プリンタコントローラ、１２…湿度−インク滴粒径曲線、１３…電圧パルス、１４…赤外線ランプ、１５…リフレクタ、１６…レンズ、２１…基板、２２…薄膜絶縁体、２３…空洞、２４…発熱体パターン、２５…引き出し配線パターン、２６…接続部、２７…ヒータ電源、２８…検出回路。

Claims

ノズルよりインク滴を噴射し、記録紙に画像を記録するインクジェットプリンタにおいて、前記ノズルを有するインクジェットヘッドと、前記記録紙の湿度を計測する湿度検出手段とを備え、前記湿度検出手段は、前記インクジェットヘッドの前記ノズル側の面と前記記録紙との間に、前記記録紙と非接触に配置され、該湿度検出手段の湿度信号に応じて前記ノズルより噴射されるインク滴の量を可変にすることを特徴とするインクジェットプリンタ。
前記湿度検出手段は、前記インクジェットヘッドの前記ノズル開口側の面に該インクジェットヘッドと一体的に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。